一种高增益升压型DC/DC变换器拓扑

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种高增益升压型dc/dc变换器拓扑。

背景技术：

1、传统的升压直流变换器具有结构简单、工作稳定性好、输入电流不间断、为可再生能源提供电压增益等特点；但是，该变换器在实际应用中即使在极端的占空比下仍然很难获得合适的高压增益，并且面临着开关器件要经受高压和二极管反激损失的难题，因此，其输出电压和功率容量均十分受限。为此，需要对传统升压型直流变换器进行拓扑结构优化，以期获得更高的工作效率和更高的增益。

2、当前，高增益变换器主要分为隔离型和非隔离型两大类，隔离型变换器虽然可以通过调节变压器的匝数，从而达到高电压的目的，但由于要安装变压器，其体积较大，成本较高，此外由于其漏感的存在，其主变开关元件易受高压尖波的干扰，导致开关损耗较大，使其效率大幅下降；非隔离型变换器与传统的隔离型变换器相比，无需任何的电气隔离，具有体积小，重量轻，效率高等特点，然而，非隔离式变换器仍面临着一些问题，如：占空比较大、电压增益较小、效率较低。

3、针对上述问题，提出了一种利用开关电容、开关电感、耦合电感等多种升压方式来提高系统性能的方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种高增益升压型dc/dc变换器拓扑，基于开关电容、开关电感等开关阻抗网络的非隔离型变换器，能够在高效率的条件下获得高的电压增益，而且其电压应力和电流应力都比较小，具有高增益、低电压、电流应力、高效率的优势。

2、包括：开关电感单元、功率开关管、电容倍压单元和负载，所述开关电感单元的输入端连接电源，输出端连接功率开关管的漏极和电容倍压单元的输入端，所述电容倍压单元的输出端连接负载；

3、所述开关电感单元包括第一电感、第二电感、第一二极管、中间连接器件以及第三二极管，电源的正极分别连接第一电感的一端、第一二极管的阳极，第一电感的另一端分别连接中间连接器件的一端、第三二极管的阳极，中间连接器件的另一端分别连接第一二极管的阴极、第二电感的一端，第二电感的另一端连接第三二极管的阴极，第三二极管的阴极引出开关电感单元的输出端子；

4、所述中间连接器件为二极管或电容；

5、所述功率开关管的漏极与开关电感单元的输出端子连接，栅极输入控制信号，源极连接电源的负极；

6、所述电容倍压单元包括三个电容和三个二极管，第四二极管、第五二极管和第六二极管依次首尾相连，第一电容的两端分别连接第四二极管的阳极和第五二极管的阴极，第一电容和第四二极管的阳极连接点引出电容倍压单元的输入端子并与开关电感单元的输出端子连接，第二电容的两端分别连接在第五二极管的阳极和第六二极管的阴极，第三电容的一端连接第五二极管的阳极，另一端连接电源的负极，第二电容和第六二极管阴极的连接点引出电容倍压单元的输出端子并连接负载的一端，负载的另一端连接电源的负极。

7、可选的，控制pwm信号来控制功率开关管的导通，从而控制变换器的输出电压。

8、可选的，所述变换器拓扑可采用n相交错并联，此时变换器包括n条并联的支路，每条支路包括一个开关电感单元、一个功率开关管和一个电容倍压单元，每条支路的开关电感单元的输入端连接电源的正极，每条支路的功率开关管的漏极与对应的开关电感单元的输出端子连接，栅极输入控制信号，源极连接电源的负极，每条支路的电容倍压单元的输入端子与对应的开关电感单元的输出端子连接，每条支路的电容倍压单元的输出端子连接，引出线接负载的一端，负载的另一端连接电源的负极。

9、可选的，所述变换器的电容倍压单元可扩展到m阶，开关电感单元的输入端连接电源的正极，开关电感单元的输出端子连接m个首尾相接的电容倍压单元，功率开关管的漏极与对应的开关电感单元的输出端子连接，栅极输入控制信号，源极连接电源的负极，最靠近输入端的电容倍压单元的输入端子与开关电感单元的输出端子连接，输出端子连接后一个电容倍压单元的输入端子，最靠近输出端的电容倍压单元的输出端子连接负载的一端，负载的另一端连接电源的负极。

10、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

11、本发明将开关电感单元与电容倍压单元有机地组合在一起，与传统boost变换器相比，电压增益得到显著提高，电压应力大大减小，使其只有输出电压的一半，由于采用交错式结构，在变换器中，变换器的电流分布均匀，降低了变换器中各个分支的电流应力，从而提高了变换器的功率等级。在此基础上，该变换器可应用于新能源发电等要求提高电压增益的场合，在合适的占空比下，可获得更高的电压增益，且具有更低的损耗，更高的效率。

技术特征：

1.一种高增益升压型dc/dc变换器拓扑，其特征在于，包括：开关电感单元、功率开关管、电容倍压单元和负载，所述开关电感单元的输入端连接电源，输出端连接功率开关管的漏极和电容倍压单元的输入端，所述电容倍压单元的输出端连接负载；

2.根据权利要求1所述的高增益升压型dc/dc变换器拓扑，其特征在于，控制pwm信号来控制功率开关管的导通，从而控制变换器的输出电压。

3.根据权利要求1所述的高增益升压型dc/dc变换器拓扑，其特征在于，所述变换器拓扑可采用n相交错并联，此时变换器包括n条并联的支路，每条支路包括一个开关电感单元、一个功率开关管和一个电容倍压单元，每条支路的开关电感单元的输入端连接电源的正极，每条支路的功率开关管的漏极与对应的开关电感单元的输出端子连接，栅极输入控制信号，源极连接电源的负极，每条支路的电容倍压单元的输入端子与对应的开关电感单元的输出端子连接，每条支路的电容倍压单元的输出端子连接，引出线接负载的一端，负载的另一端连接电源的负极。

4.根据权利要求1所述的高增益升压型dc/dc变换器拓扑，其特征在于，所述变换器的电容倍压单元可扩展到m阶，开关电感单元的输入端连接电源的正极，开关电感单元的输出端子连接m个首尾相接的电容倍压单元，功率开关管的漏极与对应的开关电感单元的输出端子连接，栅极输入控制信号，源极连接电源的负极，最靠近输入端的电容倍压单元的输入端子与开关电感单元的输出端子连接，输出端子连接后一个电容倍压单元的输入端子，最靠近输出端的电容倍压单元的输出端子连接负载的一端，负载的另一端连接电源的负极。

技术总结
本发明提供了一种高增益升压型DC/DC变换器拓扑，包括：包括：开关电感单元、功率开关管、电容倍压单元和负载，开关电感单元包括两个电感、一个中间连接器件和两个二极管，中间连接器件为二极管或电容，开关电感单元的输入端连接电源，输出端连接功率开关管的漏极和电容倍压单元的输入端，功率开关管的漏极与开关电感单元的输出端子连接，栅极输入控制信号，源极连接电源的负极，电容倍压单元包括三个电容和三个二极管，电容倍压单元的输出端连接负载。本发明提供的方案，使得电压增益得到显著提高，并且开关器件电压应力显著降低，由于采用交错式结构，变换器电流平均分配到各相，减小了各支路的电流应力，提高了变换器功率水平。

技术研发人员：张龙龙,姬诗雨,郑菲玲,李睿,赵竟成,秦霄
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17